涡流传感器测厚度的原理(零基础学仪表-本特利3300系列传感器仪表介绍（轴系仪表）)

Posted 2023-06-01

篇首语：鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了涡流传感器测厚度的原理(零基础学仪表-本特利3300系列传感器仪表介绍（轴系仪表）)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

涡流传感器测厚度的原理(零基础学仪表-本特利3300系列传感器仪表介绍（轴系仪表）)

压缩机组对于整个装置来说至关重要，而大机组的重要轴系检测参数包括轴振动、轴位移、轴键相等，今天所要学习的内容就是关于测量轴振动、轴位移、轴键相的测量仪表，目前测量振动、位移、键相等信号的探头均为美国BENTLY 3300 XL 8 mm 电涡流传感器，以下从其原理与组成、特性、型号各参数意义、安装及校验几方面来介绍。

一、工作原理及组成

1、工作原理：

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。

通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。

系统输出正比于探头端部与被测导体表面之间的距离的电压信号。它既能进行静态（位移）测量又能进行动态（振动）测量，主要用于油膜轴承机械的振动和位移测量，以及键相位和转速测量。3300 XL 8mm 系统是我们性能最先进的电涡流传感器系统，100%符合美国石油学会（API）为这类传感器制定的670标准（第四版）。

所有的3300 XL 8mm电涡流传感器系统都能达到规定的性能标准，并且探头、延伸电缆和前置器具有完全可互换性，不需要单独的匹配组件。

组成：美国BENTLY 3300 XL 8 mm 电涡流传感器系统由以下几部分组成：3300 XL 8mm 探头3300 XL 延伸电缆3300 XL 前置器

探头长度 +延伸电缆长度 =系统电气总长度( 1米 / 5米 / 7米 / 9米 )

1）、前置器：与以前的前置器相比，3300 XL 前置器有重大的改进。它既可以采用紧凑的导轨安装，也可以采用

传统的面板安装。当采用面板安装时，其安装孔位置与以前四孔安装的3300 前置器相同。两种形式的安装基板均具有电绝缘性，不需要独立的绝缘板。3300 XL 前置器抗无线电干扰能力强

2）、趋近式探头和延伸电缆

3300 探头和延伸电缆与以前相比也有很大提高。 TipLoc™专利模具技术保证了探头端部和主体之间的牢固连接。探头电缆使CableLoc™专利设计安全地连接到探头端部，能承受330 牛（75 磅）的拉力。

3300 XL8mm 探头和延伸电缆在订货时也可以选择 FluidLoc®电缆，这种电缆可以防止油或其它液体沿电缆内部泄漏到机器外部。

3）、接头

3300 XL 探头、延伸电缆和前置器都带有防腐蚀的ClickLoc™镀金铜接头。这些接头只需用手指紧固（接头会自动“锁住”），特殊的机械锁紧装置能防止连接松动。接头在安装或拆卸时不需要特殊的工具。

二、特性

1、前置器

输入：接收非接触式3300 系列5mm、3300 8mm 或3300 XL 8mm 电涡流探头和延伸电缆的信号。

电源：无安全栅时要求-17.5Vdc 至-26Vdc，电流最大为12mA，有安全栅时要求－23V dc 至－26Vdc。当在高于－23.5V dc 电压下工作时将导致线性范围减小。

供电电压灵敏度：当输入供电电压每变化1伏时，输出电压的变化小于 2mV。

输出阻抗： 50 欧姆

三、探头、前置器、延伸电缆型号及各参数代表的含义：

1、3300 XL 8 mm 电涡流探头：330XXX-AXX-BXX-CXX-DXX-EXX

其中：330XXX-部件号， AXX-无螺纹长度；BXX-壳体总长度；CXX-总长度；DXX-接头和电缆类型；EXX-批准机构

其中几种常用的部件号的描述见右面表格：3/8-24 UNF:3/8表示螺纹名义直径，24表示每英寸24个牙， UNF表示美国国家统一螺纹标准的细牙螺纹

部件号：330101 具体描述意义：/8-24 UNF 螺纹,非铠装

330102 3/8-24 UNF 螺纹, 铠装

330103 M10 x 1 螺纹, 非铠装

330105 反装探头 3/8-24 UNF 螺纹

330106 反装探头 M10 x 1 螺纹

C: 总长度选项：

0 5 0.5 米 (1.6 英尺) 1 0 1.0 米 (3.3 英尺)

1 5 1.5 米 (4.9 英尺) 2 0 2.0 米 (6.6 英尺)

5 0 5.0 米 (16.4 英尺) 9 0 9.0 米 (29.5 英尺)

D: 接头和电缆类型选项：

0 0 不装接头，标准电缆

0 1 带有接头保护器的微型同轴ClickLocTM 接头,标准电缆

0 2 微型同轴ClickLocTM 接头,标准电缆

1 0 不装接头, FluidLoc® 电缆

1 1 带有接头保护器的微型同轴ClickLocTM 接头FluidLoc® 电缆

1 2 微型同轴ClickLocTM 接头, FluidLoc® 电缆

E: 批准机构选项：

0 0 不要求

0 5 多许可协议

举例：合成机组振动探头：330104-00-14-10-02-05

2、延伸电缆 —— 330XXX

330130-AXXX-BXX-CXX 电缆长度；电缆选项；批准机构

选项描述

A: 电缆长度选项：

0 3 0 3.0 米 (9.8 英尺) 0 3 5 3.5 米 (11.5 英尺)

0 4 0 4.0 米 (13.1 英尺) 0 4 5 4.5 米 (14.8 英尺)

0 7 0 7.0 米 (22.9 英尺) 0 7 5 7.5 米 (24.6 英尺)

0 8 0 8.0 米 (26.2 英尺) 0 8 5 8.5 米 (27.9 英尺)

B: 接头保护器和电缆选项：

0 0 标准电缆 0 1 铠装电缆

0 2 带有接头保护器的标准电缆 0 3 带有接头保护器的铠装电缆

1 0 FluidLoc® 电缆 1 1 铠装 FluidLoc® 电缆

1 2 带有接头保护器的 FluidLoc® 电缆

1 3 带有接头保护器的铠装FluidLoc® 电缆

C: 批准机构选项：

0 0 不要求

0 5 多许可协议

3、3300 XL 前置器

330180-AXX-BXX

A: 总长度和安装选项：

5 0 5.0 米(16.4 英尺)系统长度, 面板安装

5 1 5.0 米(16.4 英尺) 系统长度, 导轨安装

5 2 5.0 米 (16.4 英尺) 系统长度, 无安装硬件

9 0 9.0 米 (29.5 英尺) 系统长度, 面板安装

9 1 9.0 米 (29.5 英尺) 系统长度, 导轨安装

9 2 9.0 米 (29.5 英尺) 系统长度, 无安装硬件

B: 批准机构选项：

0 0 不要求

0 5 多许可协议

四、探头的安装：

1、探头的分布：

1）轴的径向振动测量

测量径向振动，可以由它分析轴承的工作状态，还可以看到分析转子的不平衡，不对中等机械故障。当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90o±5o。由于轴承盖一般是水平分割的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45o，从原动机端看，分别定义为X探头（水平方向）和Y探头（垂直方向），X方向在垂直中心线的右侧，Y方向在垂直中心线的左侧。轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承。

2）、轴的轴向位移测量

测量轴的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。

3）、键相测量　

　键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称键相标记。当这个凹槽或凸键转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速；通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。

2、探头安装时电压值计算：

1、振动探头：根据3300 XL 8 mm传感器推荐的间隙设定值为1.27mm，而且在线性范围内测量时，灵敏度为7.87V/mm，因此安装探头时，计算的电压值为：1.27×

7.87＝9.9949 V≈10 V（为负值）。

2：位移探头：位移探头的安装，计算比较复杂，咱们用的3500系统组态时选的是靠近为正，远离为负，通常情况下是以推力瓦中心为零位来计算。即，当轴推到中心位置时，电压值调为－10 V。安装时，可根据工艺安装所给的参数来计算，例如：对于一台增压机，其间隙量（窜量）为40道即0.4 mm，安装时轴顶到最远离的位置，计算电压如下：

-10- （7.87×（间隙量÷2）＝-11.57 V

轴顶到最靠近的位置，那么计算电压如下：

-10+（7.87×（间隙量÷2）＝-8.43 V

3、探头安装注意事项：

1）、在不影响机组检修的情况下不建议拆下（探头）外壳；拆装过程中，不得通过旋转探头尾线退出探头，以避免尾线损坏；拆下的探头，做好标记，妥善保存（使用连接器保护套），探头放在远离检修场所的地方），避免探头损坏；必要时进行探头静态曲线标定。

2）、如果需要拆下（探头）外壳，则应先安装外壳，在安装前应将探头与外壳脱开，并在螺纹上缠裹生料带。安装时，先用手将外壳旋进机组大盖，待手旋不动时再用扳手紧固，用扳手时应用力适中，旋紧即可，不可用力过大，否则易造成外壳断裂。注意：（探头）外壳

材料一般为铸铝。

3）、探头安装前，要求检查延伸电缆和尾线电缆外层绝缘层处于完好状态。一旦发现划伤，可用绝缘胶带缠绕；如果损坏较多，建议更换。电缆外层绝缘皮破损有可能造成多点接地，引入干扰，造成指示异常波动。

4）、外壳安装好后，将探头缓慢插入并用手旋进探头，当用手旋不动时，把万用表置电压档，表笔放在前置器输出端，观察间隙电压，然后根据实际情况使用扳手调整，直至间隙电压满足要求。注意：使用扳手调整时，必须随时观察间隙电压；任何时候只要发现间隙电压为零，必须旋出探头进行检查。固定探头时，注意用力适度，同时避免损坏（探头）外壳。